某水泥有限公司10000 t／d水泥生產(chǎn)線配 套使用德國(guó)CP公司開(kāi)發(fā)的第三代推動(dòng)篦式冷卻機(jī)，型號(hào)HWl3—2041R／2041R／2041R，該線于2011年投產(chǎn)。該冷卻機(jī)篦板使用一年左右普遍磨損較為嚴(yán)重，需要更換。雖然篦板壽命達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但每年上百萬(wàn)的備件費(fèi)用給公司帶來(lái)了一定的成本壓力，為降低冷卻機(jī)的使用成本，考慮通過(guò)對(duì)篦板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)延長(zhǎng)其壽命，降低冷卻機(jī)年備件更換量，實(shí)現(xiàn)降本增效。為實(shí)現(xiàn)這一目的，該公司與多方合作，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，以第三代冷卻機(jī)的物料輸送方式為突破口，深入分析冷卻機(jī)篦板的磨損機(jī)理，以求提高篦板抗磨損能力，延長(zhǎng)篦板壽命。

1.板磨損機(jī)理分析

為延長(zhǎng)零件使用壽命，降低零件磨損，必須了解摩擦學(xué)原理，運(yùn)用摩擦學(xué)的知識(shí)對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行磨損失效分析，掌握磨損的類(lèi)型和機(jī)理，然后根據(jù)具體情況，改進(jìn)設(shè)計(jì)、合理選材，采用合理的抗磨措施。 

篦板磨損屬于機(jī)械磨損，是指兩個(gè)相互接觸產(chǎn)生并存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦表面之間產(chǎn)生的阻止機(jī)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力，這種摩擦阻力導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)件機(jī)械能量和材料的消耗并轉(zhuǎn)化為熱量，使機(jī)械產(chǎn)生磨損。

磨損通常分為黏著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、 腐蝕磨損和微動(dòng)磨損五種形式。冷卻機(jī)在工作中， 篦板在驅(qū)動(dòng)裝置的作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以此推動(dòng)熟料顆粒向出料口方向運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中，篦板表面與熟料顆粒間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并受到了熟料顆粒施加于篦板表面的作用力，正是此作用力使篦板逐漸磨損失效。據(jù)此可以判斷篦板的磨損屬于磨料磨損，篦板上方的熟料正是使篦板產(chǎn)生磨損失效的磨料。

磨料磨損一般可以分為以下三種類(lèi)型： 

（1）機(jī)械的構(gòu)件直接與灰渣、鐵屑、礦石顆粒接觸，當(dāng)這些具有一定硬度和銳利棱角的顆粒以一定的壓力或沖擊力作用到金屬表面上時(shí)，便會(huì)從表層鑿下金屬屑。這種磨損形式稱(chēng)為鑿削磨料磨損。 

（2）當(dāng)磨料以很大壓力作用于金屬表面時(shí)(如礦 石作用于破碎機(jī)顎板)，在接觸點(diǎn)引起很大壓應(yīng)力， 超過(guò)了磨料的抗壓強(qiáng)度便會(huì)使韌性材料發(fā)生變形和疲勞，使脆性材料發(fā)生碎裂和剝落，造成其表面的損傷。這種磨損稱(chēng)為高應(yīng)力碾碎式磨料磨損。 

（3）磨料以某種速度較自由地運(yùn)動(dòng)，磨料在摩擦表面的法向作用力甚小，如氣(液)流攜帶磨料在工作表面做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，零件表面被擦傷，這種磨損稱(chēng)為低應(yīng)力磨損。抽風(fēng)機(jī)葉輪、泥漿泵葉輪等的磨損都屬于低應(yīng)力磨料磨損。 

在冷卻機(jī)篦板往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，熟料顆粒對(duì)篦板上不同區(qū)域的磨損方式也有區(qū)別。如圖1所示，在篦板非重疊區(qū)域，篦板受到的是熟料顆粒在重力作用下壓緊在篦板表面以及由篦縫吹出的冷卻風(fēng)裹挾的熟料對(duì)篦板表面造成的刮擦磨損，這種磨損屬于低應(yīng)力磨損。而在篦板重疊區(qū)域，充填在篦板縫隙間的熟料顆粒在運(yùn)動(dòng)篦板的擠壓和推動(dòng)下，以一 定的壓力與相鄰篦板緊密接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中具有一定硬度和棱角的熟料顆粒在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中從篦板表層鑿下金屬屑，這種磨損屬于鑿削磨損。因此，篦板的磨損是低應(yīng)力磨料磨損和熟料顆粒鑿削磨料磨損雙重作用的結(jié)果。

2.采取的措施 

降低磨損的措施主要有潤(rùn)滑、改善表面加工質(zhì)量、降低相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、更換材料等幾種。其中，潤(rùn)滑和改善表面加工質(zhì)量主要針對(duì)機(jī)械結(jié)合件，不適合冷卻機(jī)篦板，而篦板推動(dòng)速度與冷卻機(jī)的輸送能力直接相關(guān)，為了降低篦板磨損量而降低篦速?gòu)亩鵂奚a(chǎn)量也不是一種好的方法。因此，對(duì)于冷卻機(jī)篦板，只能從材料角度著手來(lái)改善其抗磨損能力。

材料的耐磨性主要取決于它的硬度和韌性。硬度決定了金屬對(duì)其表面變形的抵抗能力，韌性則可防止自身材料的剝落，避免磨粒的產(chǎn)生從而降低磨損。后者主要對(duì)機(jī)械摩擦副有效，不適合于冷卻機(jī)篦板。但是，冷卻機(jī)篦板也需要一定的韌性以防止其在外力沖擊作用下韌性不足導(dǎo)致的斷裂破壞，使篦板失去使用價(jià)值而報(bào)廢，也即以整體提高篦板硬度而犧牲韌性的方式來(lái)解決篦板磨損問(wèn)題是行不通的。為此，考慮對(duì)篦板進(jìn)行表面硬化處理，加大篦板表面與熟料顆粒間的硬度差，使其表面有足夠的能力抵抗熟料顆粒的磨損，同時(shí)篦板本體又能具有足夠的韌性，避免其在大塊熟料的沖擊下斷裂破壞。 

通過(guò)綜合比對(duì)金屬材料的常規(guī)表面硬化工藝的可行性和成本并結(jié)合篦板用鋼材自身的特性，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，先后排除了表面熱處理、熱噴涂、粘接等常規(guī)表面熱處理技術(shù)和物理與化學(xué)相沉積技術(shù)以及化學(xué)熱處理、相變硬化等新一代表面硬化技術(shù)，最終選擇了表面堆焊這一成熟的表面硬化方法。

根據(jù)篦板磨損機(jī)理分析，首先嘗試了全表面堆焊，但是篦板焊接變形嚴(yán)重，廢品率高，可實(shí)施性差，且成本過(guò)高，難以接受。后又嘗試僅對(duì)篦板鑿削磨料磨損區(qū)域進(jìn)行堆焊，使焊接變形得到了有效控制， 成本大幅下降，經(jīng)實(shí)用驗(yàn)證，篦板重疊區(qū)的鑿削磨損也得到了有效控制，但是篦板周邊的磨損反而變得突出，也就是說(shuō)此方案不能保證篦板外形的均勻磨損，不能做到篦板壽命的最大化。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，最終確定了在篦板的重疊區(qū)域和篦板的四周堆焊一層耐磨材料的技術(shù)方案(見(jiàn)圖 2)，下面介紹具體實(shí)施程序。修改篦板模具，使篦板重疊區(qū)需要堆焊的部位比非堆焊表面低2mm，毛坯澆注完成后，先進(jìn)行清砂打磨并粗加工，篦板重疊區(qū)堆焊的部位需認(rèn)真清除表面雜質(zhì)和氧化層，加工露出金屬母材。而篦板周邊需堆焊的部位采用機(jī)加工方法加工出3mm×3mm的溝槽，然后使用Ni—Cr— Co—W合金焊條進(jìn)行堆焊作業(yè)，堆焊層厚度3mm左右，硬度HRC58-HRC60。為了保證堆焊質(zhì)量，堆焊前焊條應(yīng)在烘干箱內(nèi)烘干至少1h。

烘干后焊條放在保溫筒內(nèi)，隨用隨取，保溫筒隨時(shí)帶電保溫，焊條在空氣中暴露時(shí)間不可大于4h。對(duì)于取焊條時(shí)掉出的焊條，如沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則此根焊條將不予使用。堆焊前先用專(zhuān)用夾具夾緊篦板，以減小篦板在堆焊后的變形，然后選擇合適的電流進(jìn)行堆焊作業(yè)。堆焊完成后，需待篦板自然冷卻至常溫方可去掉夾具，最后對(duì)篦板進(jìn)行矯正，保證堆焊表面的平面度，通過(guò)以上措施，基本可以控制篦板的最大變形<0.5mm，不影響篦板的安裝和使用。為防止篦板在矯正過(guò)程中斷裂，矯正前先對(duì)篦板進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訙兀C正完成后對(duì)篦板進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)合格后再進(jìn)行非堆焊表面的精加工，保證篦板的安裝尺寸。 

采用這種表面堆焊方案處理的篦板大幅提升了抗磨損能力，同時(shí)又有效控制了成本，單塊篦板的制造成本沒(méi)有明顯增加，但篦板的使用壽命成倍提升， 大大降低了冷卻機(jī)的運(yùn)行使用成本。

3.結(jié)束語(yǔ) 

CP第三代冷卻機(jī)原裝篦板的使用壽命在1年左右，經(jīng)過(guò)堆焊處理之后，篦板的壽命達(dá)到3年以上， 同時(shí)冷卻機(jī)日常的維修工作量也大幅減少，既降低了維護(hù)成本也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

 第三代冷卻機(jī)受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)理念、技術(shù)水平和加工工藝的限制，必然存在一些不足之處，利用當(dāng)前的成熟技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行局部?jī)?yōu)化改進(jìn)，既可提高設(shè)備可 靠性，降低運(yùn)營(yíng)成本，又促進(jìn)了行業(yè)的進(jìn)步。

來(lái)源：《徐州中聯(lián)水泥有限公司、南京凱盛國(guó)際工程有限公司、興化市欣欣鑄鋼有限公司》

作者：王科學(xué)、曹作磊、王勇

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